Андрей Михалев
РОССИЯ МОЖЕТ УПУСТИТЬ ЭТУ НИШУ ОРУЖЕЙНОГО РЫНКА
В статье "Боевая учеба военнослужащих отстает от времени" ("ВПК" №14, 2005) нарисована тревожная картина состояния российских Сухопутных войск. Речь шла о современных средствах огневого поражения на поле боя и недостатках в подготовке специалистов. Количественные данные по возможности поражения танков НАТО М1А2 даже новыми боеприпасами показали, что она весьма низка, особенно если иметь в виду наличие динамической защиты. Что касается электронных средств наведения, в том числе лазерного, а также электронных средств разведки и слежения, то ситуация обстоит не лучше. Поражаемость целей артвооружениями составляет 25-30% (из-за отсутствия самонаводящихся и самоприцеливающихся снарядов, которыми оснащены войска НАТО). Выстрелы гранатометов даже с современными тандемными БЧ не способны преодолевать динамическую защиту западных танков.
{{direct_hor}} В последние 20 лет повысился интерес к кинетическим видам вооружения, сочетающим пробиваемость кумулятивной струи с энерговкладом снаряда кинетической энергии. Речь пойдет о так называемых формируемых взрывом снарядах (ФВС) или ударных ядрах. Можно с достаточной вероятностью утверждать, что если треть бронепробивающих снарядов - кумулятивные снаряды, вторая треть - снаряды КЕ (кинетической энергии), то оставшуюся часть рынка бронебойных средств составляют ФВС.
НА ЗАПАДЕ ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ КРУПНЫЕ ПРОГРАММЫ ПО ФВС
Модификации и сфера поражающего применения ФВС могут быть очень широкими. Однако основной принцип их формования или взрывного штампования пояснен на рис.1. При детонации мощного взрывчатого вещества, размещенного в оболочке, из металлической пластины-лайнера под действием детонационных волн штампуется снаряд хорошо обтекаемой формы. На расстоянии около 40 см от лайнера снаряд принимает застывшую форму и направленно летит со скоростями, указанными на рисунке.
Рис.1. Схема образования формируемого взрывом снаряда из металлического лайнера.
Основная задача таких ядер - бронепробивание, в силу тактических задач понятно стремление достичь возможности инициировать такие снаряды за 1000 калибров от цели и более. При отмеченных скоростях (при весе лайнера 0,1-0,3 кг) кинетическая энергия снаряда составляет 3-10 МДж. В большинстве проектов принципиально важными являются симметрия и хорошие аэродинамические свойства формируемых ядер. К указанным аэродинамическим свойствам относят достаточный запас устойчивости и по возможности низкое сопротивление снарядов.
В ряде исследовательских лабораторий и на различных полигонах в США, Канаде, Германии, Франции осуществляются крупные программы исследований по ФВС. В данной статье реферируется ряд современных работ по методикам получения и изучения ФВС на Западе (17-19-е симпозиумы по баллистике, 1998-2001 гг.). На их основе мы рассмотрим особенности аэродинамики ударных ядер и новые направления и оригинальные способы штампования взрывом, которые дают целый класс боеприпасов отмеченного типа с разнообразными способностями и задачами поражения.
В совместной франко-германской работе производилось численно-экспериментальное оптимизационное изучение ФВС по четырем позициям: выработка формы юбки (рис.1), удлинения снаряда, формы носка тела, уточнению составной формы юбки. Численные данные были сравнены с картинами обтекания в аэродинамической трубе и с тенеграммами, полученными на трассе, и показали весьма хорошее соответствие. Достигнуто вдвое меньшее сопротивление и почти на 50% увеличен запас устойчивости.
Хорошую аэродинамическую форму обеспечит лишь профилированный лайнер (рис.1) из металла надлежащей вязкости (армко-железо, медь, тантал и др.). Рентгенографирование снарядов в полете и в целом траекторное изучение показывают по виду и поведению ядер, насколько искусно профилирован лайнер для взрывного штампования.
Будучи оборонительным оружием последнего рубежа, ФВС должны обладать необходимым дальнодействием и точностью. Такое дальнодействие составляет порядка 1000 калибров (при D=100 мм это ~100 -200 м). В самом деле, будучи установлены на противотанковом рубеже, они автоматически сработают в направлении цели по сигналу электроники. Так как Е=mV2/2, то слишком большая дальность нецелесообразна ввиду неизбежной потери скорости из-за сопротивления воздуха.
По существующей методике пакет заготовок с ФВС сбрасывается с вертолета на парашюте над колонной танков; при этом электроника каждого блока снаряда нацеливается на башню соответствующего танка. Не имея столь мощной защиты, как лобовая часть, башня пробивается такими снарядами (со всеми вытекающими для танка последствиями).
Как известно, точность современного артвооружения в существенной мере определяется нарезкой стволов, которые передают снаряду стабилизирующее вращение. В случае гладкоствольного орудия снаряды снабжаются хвостовыми стабилизаторами, которые тянут за собой ряд проблем, связанных с ростом аэродинамического сопротивления, повреждаемостью и устойчивостью в полете.
Получение фалдовых складок юбки ФВС нацелено на снижение аэродинамического сопротивления снаряда при сохранении устойчивости. В одной из работ C. Berner, V. Fleck, D. Warken. Aerodynamic predictions of optimized Explosively Formed Penetrators. 17 International Symposium on Ballistics, South Africa, March, 1998, v.1, p.108-116] рассматривали снаряды, получившие при формовании нарушения юбки (с приданной ей фалдовой формой). Авторы удостоверили, что придание умеренного вращения таким слабоповрежденным снарядам существенно повышало их точность на цели, а также улучшало нормальность соударения, что важно для кинетического снаряда.
Группе американских авторов (об их работе еще пойдет речь) в 1998 г. путем подкладывания под лайнер специальным способом сложенной фольги удалось сформовать в задней части снаряда подобие двух наклоненных перьев; тогда под действием скоростного напора снаряд приобретал осевое вращение, что резко повышало его точность у цели. Перераспределение формующих волн, задаваемых фольгой, обеспечивало не сплошную юбку, а наклонные перья. В ряде реферируемых работ и в других исследованиях формователь волны наряду с местом инициирования заряда оказывал решающее воздействие при формообразовании снаряда.
Перспективным приемом представляется размещение заготовок ударных ядер на несущей артиллерийской оболочке. В случае артиллерийской дуэли надводных кораблей возможна следующая компоновка боеприпаса. Вместо фугасного снаряда оболочка оснащается 5-7 заготовками ФВС. Тогда, в случае удачного попадания в отсек, по радиусам будут разлетаться высокоэнергетичные ударные ядра, отштампованные после удара снаряда в обшивку. Есть основания полагать, что такие ядра повредят несколько отсеков, коммуникации, а также могут вызвать и пожар.
СНАРЯДЫ ПРОЕКТА "6А" РАЗВИЛИ СКОРОСТЬ 6000 РАД/С
Для создания у читателя общего представления о поле работ, связанных с современными ФВС, опишем ряд исследований по формованию снарядов специальной формы.
В работе нидерландских ученых организовано формование прямостеновых колец на лайнере-шайбе, которые имели лучшее удельное пробивание. В процессе формования таких колец нужно было дать металлу у наружного края шайбы развернуться в сторону оси, а внутренней части шайбы остановиться на внутреннем диаметре шайбы. Эти кольца были рассчитаны на близкодействие. Другими авторами из той же страны проведено систематическое изучение кольцевых снарядов-пенетраторов из различных металлов (были исследованы алюминий, железо, свинец и тантал). Авторы работы подтвердили линейный масштабный эффект параметров пробивания кольца (железного) по диаметру лайнера. Такие кольца могут служить предвестниками пробивания цели для более мощных снарядов, которые самостоятельно не могут перфорировать преграду.
Формование пенетраторов в виде коротких прямостеновых колец рассчитано на близкодействие. Помимо перфорации целей перед основным снарядом, такие ядра могут найти применение в минах. У колец высокой энергии есть хорошие шансы сбить танковый трак, особенно если они действуют группой.
С целью унификации заряда, что важно в приложениях, авторы работы из США ставили задачу получить различные типы ФВС, изменяя положение инициатора заряда: так они получали устойчивый дальнодействующий снаряд или снаряд высокого пробития. Вдобавок они в другом опыте устанавливали металлическую решетку перед тем же лайнером и тем самым получали организованное поле ударных ядер с заданным размером и дисперсией. Для поражения слабозащищенных целей последняя мода была высокоэффективной. Такая тактическая перестраиваемость снаряда очень перспективна.
В другой работе американских авторов этой же группы многочастичные формируемые снаряды были получены следующим приемом. Лайнер исходно штамповался как матрица шарообразных, пирамидальных или иных элементов. Две картины сравнения расчетных и зафиксированных в полете элементов показывали весьма хорошее соответствие расчетных и отштампованных элементов. Аналогичная картина пробития мишени (численная и по рентгенограмме) также давала симметрию и хорошее соответствие расчета и эксперимента. Не трудно заключить, что такое поле снарядов весьма эффективно против, например, БМП.
Получение многочастичных снарядов с хорошей дирекционной направленностью и достаточной энергией дает возможность поражать стационарные слабозащищенные цели с высокой эффективностью (мазутохранилище, РЛС, наземные пусковые установки). Одной из технически наиболее совершенных работ явилось исследование Бендера, Кхука, Фонга, Райса, Нг и Фолкманна [D. Bender, B. Chouk, R. Fong, W.Ng, B. Rice, E. Volkmann. Explosively Formed Penetrators (EFP) with Canted Fins. 19 International Symposium on Ballistics. Switzerland, May, 2001, v.2, p.755-761], посвященное снарядам, штампуемым с наклонными перьями в задней части. Рассматривались приобретение такими снарядами самостабилизирующегося вращения и его влияние на точность попадания на длине трассы (200 м). Процесс формования снаряда с перьями включал использование волнозахватчиков и медных прокладок, помещенных между лайнером и взрывчаткой (см. рис.1).
Проводилось численное моделирование результатов штампования элементов с перьями. Как уже отмечалось, стабилизирующее вращение резко ограничивало углы тангажа и рысканья, могущие возникать из-за неоднородности штампуемых снарядов. Были сформованы достаточно удлиненные снаряды, на которых перья придавали, помимо вращения, еще и большую устойчивость. Неплохие свойства обнаружил снаряд с 6-ю перьями с наклоном 600 к оси, развивший скорость 750 рад/c, однако дальнейшие усилия привели к более удлиненным снарядам. По всем признакам, включая нормальное соударение с преградой, они оказались более эффективны. Такие снаряды проекта "6А" (рис.2) развили скорость 6000 рад/с, давая приемлемую точность. Ввиду затруднительности штамповки взрывом полностью совершенных ядер, их самостабилизирующее вращение резко повысило точность попадания при нормальном соударении. Такая технология на сегодня обеспечит лидерство подобным снарядам в дальнодействующих ФВС.
Рис.2. Вид удлиненных снарядов с перьями согласно численному моделированию (первые две колонки), после штампования и мягко уловленных.
Задачи и необходимость применения многочастичных снарядов ФВС, о которых уже шла речь, вызвали проведение следующего исследования. В работе из Германии рассматривалось образование 7 снарядов, формируемых на одном заряде взрывчатки. 7 стальных лайнеров симметрично заполняли круговой заряд взрывчатки. Использовались различные способы инициирования зарядов. Менее эффективен был один детонатор на весь мультилайнер. Наиболее энерговыгодным в смысле получения ФВС было инициирование блока ударом пластины под действием своего заряда взрывчатки. После модификаций кривизны лайнеров авторам удалось получить 7 пенетраторов со скоростью 1800 м/c и приемлемым рассеянием. В дальнейшем предполагается в каждом гнезде размещать по 2-3 лайнера для получения большого поля снарядов. Позднее в натурном масштабе предполагается получить до 200 снарядов на едином общем заряде.
Как известно автору, такой щит, выбрасывающий вперед высокопробивающие пенетраторы, может устанавливаться для создания защитной завесы от действия противокорабельных ракет, крылатых ракет и других уязвимых средств поражения. Технология может быть применена и в других приложениях.
Заслуживает внимания еще один доклад авторов из Германии Вайманна и Блаша по прецизионной штамповке снаряда из танталового лайнера. Вследствие высокой плотности тантал обладает высоким бронепробитием, однако его ковкие и пластические свойства затрудняют формование ФВС на данном материале без его нештатных деформаций (повреждений). С этой целью был разработан слоевой лайнер с верхним равнотолщинным танталовым лайнером и внутренним профилированным лайнером из железа. В процессе взрывного формования железный лайнер придавал оптимально удлиненную и устойчивую форму ядру из тантала, имевшему более высокую скорость, и сам в виде ядра летел за ним с меньшей скоростью. Доводка профиля лайнера из железа позволит получить единый тантало-железный пенетратор с большой энергией (за счет массы промежуточного лайнера).
Есть еще одна обещающая технологическая способность, которую может выполнить ФВС. Если вы посмотрите на рис.1, то увидите, что в снаряде, как правило, имеется донная полость. Если разместить под лайнером на заряде определенное вещество, например напалм (поджигатель), то с приличным процентом сохранения это вещество будет занесено за преграду вслед за пробитием ее ФВС.
В РОССИИ ТАКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕ ВЕДУТСЯ
За кадром данного обзора остался ряд численных исследований по формованию снарядов и пробитию ими различных преград: стали, бетона, композитов и т.д. Однако уже приведенный спектр работ по ФВС позволяет оценить их преимущества, а в некоторых случаях и уникальность, вследствие чего ударные ядра занимают до трети рынка бронепробивающих снарядов (на Западе). Приведенные в статье две ссылки на оригинальные источники не исчерпывают содержания обзора, да и являются труднодоступными. Есть скупые сведения о проводившихся в нашей стране изучениях ударных ядер.
Не вызывает сомнений, что класс вооружений, обобщенно названный "ударные ядра", широк и перспективен. В рамках применения обычных вооружений этот класс встает в ряд с кумулятивными зарядами и снарядами кинетической энергии, как было уже отмечено. Работы по нему на Западе ведутся не менее 20 лет. Хотелось бы, чтобы наше Министерство обороны обратило внимание на научные, поисковые работы, проведенные в России [П.И. Ковалев, А.Н. Михалев, А.Б. Подласкин и др. Исследование аэродинамических свойств и поля обтекания гиперскоростных элементов на баллистической трассе. Журн. техн. физики, 1999, т.69, в.12, с.6-11]. В условиях, например, аэробаллистического эксперимента в ФТИ проводились изучения базовых аэродинамических характеристик трех типо-классов ударных ядер на моделях, включая простейшее численное моделирование их обтекания. Однако ныне исследования не ведутся ввиду отсутствия финансирования. Неужели и эту нишу оружейного рынка мы упустим? В таком случае придется дорого расплачиваться за технологическое отставание в той области, в которой мы всегда занимали ведущие места.
Андрей МИХАЛЕВ
кандидат физико-математических наук
Санкт-Петербург